一圆筒形的罐有一接管,罐外径为3英尺,壁厚为0.2英尺,接管外径为0.5英尺,壁厚为0.1英尺,罐与接管的轴线垂直且接管远离罐的端部。如图所示:

罐内流体温度为华氏450度,与罐壁的对流换热系数年为250BUT/hr-ft2-oF,接管内流体的温度为华氏100度,与管壁的对流换热系数随管壁温度而变,求罐与接管的温度分布。接管与罐为同一种材料,它的热物理性能如下表所示:
| 温度 | 70 | 200 | 300 | 400 | 500 | oF |
| 密度 | 0.285 | 0.285 | 0.285 | 0.285 | 0.285 | lbm/in3 |
| 导热系数 | 8.35 | 8.90 | 9.35 | 9.8 | 10.23 | Btu/hr-ft-oF |
| 比热 | 0.113 | 0.117 | 0.119 | 0.122 | 0.125 | Btu/lbm-oF |
| 对流系数* | 426 | 405 | 352 | 275 | 221 | Btu/hr-ft2-oF |
*接管内壁对流系数
求解命令流
/PREP7
/TITLE,STEADY-STATE THERMAL ANALYSIS OF PIPE JUNCTION
/UNITS,BIN !使用英制单位
ET,1,90 !定义热单元
MP,DENS,1,.285 !密度
MPTEMP,,70,200,300,400,500 !建立温度表
MPDATA,KXX,1,,8.35/12,8.90/12,9.35/12,9.80/12,10.23/12 !导热系数
MPDATA,C,1,,0.133,0.177,0.119,0.122,0.125 !比热
MPDATA,HF,2,,426/144,405/144,352/144,275/144,221/144 !接管对流系数
!定义几何模型参数
RI1=1.3 !罐内半径
RO1=1.5 !罐外半径
Z1=2 !罐长
RI2=0.4 !接管内半径
RO2=0.5 !接管外半径
Z2=2 !接管长
!建立几何模型
CYLIND,RI1,RO1,,Z1,,90 !1/4罐体
WPROTA,0,-90 !将工作平面旋转到垂直于接管轴线
CYLIND,RI2,RO2,,Z2,-90 !1/4接管
WPSTYL,DEFA !将工作平面恢复到默认状态
VOVLAP,1,2 !进行OVERLAP布尔操作
/PNUM,VOLU,1 !打开实体编号
/VIEW,,-3,-1,1 !定义显示角度
/TYPE,,4
/TITLE, VOLUMES USED IN BUILDING PIPE/TANK JUNCTION
VPLOT !显示实体
VDELE,3,4,,1 !删除多余实体
!划分网格
ASEL,,LOC,Z,Z1 !选择罐上Z=Z1的面
ASEL,A,LOC,Y,0 !添加选择罐上Y=0的面
CM,AREMOTE,AREA !创建名为AREMOTE的面组
/PNUM,AREA,1
/PNUM,LINE,1
/TITLE,LINES SHOWING THE PORTION BEING MODELED
APLOT
/NOERASE
LPLOT
/ERASE
ACCAT,ALL !组合罐远端的面及线,为映射划分网
!格作准备
LCCAT,12,7
LCCAT,10,5
LESIZE,20,,,4 !在接管壁厚方向分4等分
LESIZE,40,,,6 !在接管长度方向分6等分
LESIZE,6,,,4 !在罐壁厚方向分4等分
ALLSEL !选择EVERYTHING
ESIZE,0.4 !设定默认的单元大小
MSHAPE,0,3D !选择3D映射网格
MSHKEY,1
SAVE !保存数据文件
VMESH,ALL !划分网格,产生节点与单元
/PNUM,DEFA
/TITLE, ELEMENTS IN PORTION BEING MODELED
EPLOT !显示单元
FINISH
!加载求解
/SOLU
ANTYPE,STATIC !定义为稳态分析
NROPT,AUTO !设置求解选项为PROGRAM-CHOSEN
!NEWTON-RAPHSON
TUNIF,450 !设定初始所有节点温度
CSYS,1 !变为柱坐标
NSEL,S,LOC,X,RI1 !选择罐内表面的节点
SF,ALL,CONV,250/144,450 !定义对流边界条件
CMSEL,,AREMOTE !选择AREMOTE面组
NSLA,,1 !选择属于AREMOTE面组的节点
D,ALL,TEMP,450 !定义节点温度
WPROTA,0,-90 !将工作平面旋转到垂直于接管轴线
CSWPLA,11,1 !创建局部柱坐标
NSEL,S,LOC,X,RI2 !选择接管内壁的节点
SF,ALL,CONV,-2,100 !定义对流边界条件
ALLSEL !选择EVERYTHING
/PBC,TEMP,,1 !显示所有温度约束
/PSF,CONV,,2 !显示所有对流边界
/TITLE,BOUNDARY CONDITIONS
NPLOT !显示节点
WPSTYLE,DEFA !工作平面恢复默认状态
CSYS,0 !变为直角坐标
AUTOTS,ON !打开自动步厂长
NSUBST,50 !设定子步数量
KBC,0 !设定为阶越
OUTPR,NSOL,LAST !设置输出
SOLVE !进行求解
FINISH
!进入后处理
/POST1
/TITLE,TEMPERATURE CONTROURS AT PIPE/TANK JUNCTION
PLNSOL,TEMP !显示温度彩色云图
FINISH
/EXIT,ALL
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